JPH047804A - 永久磁石の製造方法および永久磁石 - Google Patents
永久磁石の製造方法および永久磁石Info
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- JPH047804A JPH047804A JP2109741A JP10974190A JPH047804A JP H047804 A JPH047804 A JP H047804A JP 2109741 A JP2109741 A JP 2109741A JP 10974190 A JP10974190 A JP 10974190A JP H047804 A JPH047804 A JP H047804A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
−産業上の利用分野〉
本発明は、1;(RIJ、′i’を$む肴」類元素であ
る。 以下同じ、)と、FeまたはFeおよびCLlと
、l!とを含むR−Ftら・−k(系永久磁石の製造方
法と、R−F e−B系の永久磁石とに関1゛る。 く従来の技る1)i〉 高性能を有する希土類磁石とし2ては、粉末冶金法によ
るSm−Co系磁石でエネルギー積32MGOeのもの
が量産されている。 しかし、このものは、Sm、Coの原料価格が高いとい
う欠点を有する。 希土類元素の中では原子量の小さい
元素、例えば、CeやPr、Ndは、S mよりも豊富
にあり佃1格が安い。 また、FeはCoに比べ安価で
ある。 そこで、近6↑4.Nd−・Fa−B@石等のR−Fe
−B糸磁ろが開発さ11、特開昭59−.460〔18
号公報では焼結鏡石が、また特開昭60−9852号公
報では高速急冷法によるものが開示され″こいる。 焼結法による68石では、従来のSm−Co系の粉末冶
金ブレセス(溶解−→鋳造→インゴット粗粉砕−徹粉砕
へ・プレス−・焼結−磁石)を適用できる。 一方、高速急冷法では、焼結法に比ベニ程が簡素化され
〔溶解→高速急冷−粗粉砕−冷間ブレス(温間ブレス)
→磁石〕、かつ微粉末化工程を必要としないという利点
があるが、高速急冷法による磁石を工業材料とするため
には、層の高保磁力化、高エネルギー積化、低コスト化
、高コストパフォーマンス化、着磁特性の改良等が望ま
れている。 ところで、R−Fe−B系磁石は、極めて酸化され易い
RおよびF e、を含有するため、磁石製造中および製
品としたときに酸化による磁石性能の低下が生じるとい
う問題がある。 このような事情から、磁石原料の組成を制御することに
より酸化を防ぐ提案がなされている。 例えば、特開昭62−47455号公報には、Fe−B
−R系永久磁石において、駿素鳳を2000 ppm以
下、炭素量を800 ppm以下に限定することが提案
されている。 これは、永久磁石に含有される酸素が希
土類元素と結合して希土類酸化物となり、0□量が20
00ppmを超えるとBr、Hcおよび(BH)max
が共に低下し、また、炭素量が800 ppo+を超え
ると著しいHe、角形性の劣化を生じるという理由によ
る。 また、同公報では、残留磁束密度Brの低下を避
けるために、R含有量を15at%以下に限定している
。 特開昭62−50437号公報には、R−Fe−B系永
久磁石において、0□4000ppm以下、CC150
0pp以下とすることが提案されている。 これは、過
剰なCが水蒸気と反応してN d * O*酸化物を形
成し、また、0、はR30,として残留し、これらがB
r、He 、 (BH)IIlaxを低下さゼるという
理由からである。 特開昭62−133040号公報には、R−Fe−B系
永久磁石において、C,jlo、05%(500ppm
)以下、0量0.3%(3000ppm )未満とする
ことが提案されている。 この提案におけるC量限定は
、製造過程における微粉の劣化(酸化)防止およびiH
cの低下を防ぐためであり、0量限定は、焼結温度の低
下と、飽和磁化の向上のためであるとしている。 また、同公報には、炭化物および酸化物は焼結工程での
粒成長を妨げ、さらに焼結体を緻密化するが、磁気特性
を低下させ、CとOが多い場合、焼結体の緻密化が妨げ
られる旨が開示されている。 特開昭62−23960号公報には、硼化物を含有し、
Oi2000ppm以下であるR−Fe−B系永久磁石
が開示されている。 同公報には、0.量を2000
ppa+以下とすると磁石特性は向上するが、焼結時に
結晶粒の成長を増進して特性劣化を招来する問題がある
ため、結晶粒の成長抑制のために硼化物を添加する旨が
開示されている。 また、同公報には、含有炭素量が1
000 ppmを超えると保磁力の劣化が生じる旨の記
載がある。 これら各公報に記載されている発明は、いずれも耐食性
向上や磁気特性向上のために酸素量および炭素量を一定
値以下に抑えるというものである。 〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、磁気特性が良好なR−Fe−B系永久磁石を
製造できる方法と、磁気特性が高いR−Fe−B系の永
久磁石とを提供することを目的とする。 く課題を解決するための手段〉 このような目的は、下記<1)〜(4)の本発明によっ
て達成される。 (,1)R(ただし、Rは、Yを含む希土類元素の1種
以上である。)、BおよびT(ただし、Tは、Fe、ま
たはFeおよびCoである。)を主成分とする永久磁石
を製造する方法であって、 原料粉末を成形する工程と、得られた成形体を焼結する
工程とを有し、 原料粉末が R:27.5〜40重量%、 B 二0.8〜1.5重量%、 0□ :4000ppm以下および C:500ppm以下 を含有し、残部が実質的にTであり、 この原料粉末に、炭化水素系化合物を炭素換算で100
〜2000 ppm添加した後、焼結することを特徴と
する永久磁石の製造方法。 (2)前記炭化水素系化合物あるいはこれを含有する溶
液と原料粉末とを混合し、次いで成形および焼結を行な
う上記(1)に記載の永久磁石の製造方法。 (3)前記炭化水素系化合物が、有機酸、その誘導体お
よび有機酸の塩から選択される1種以上である上記(1
)または(2)に記載の永久磁石の製造方法。 (4) R(ただし、Rは、Yを含む希土類元素の1種
以上である。)、B右よびT(ただし、Tは、Fe、ま
たはFeおよびCoである。)を主成分とし、酸素およ
び炭素を含有し、実質的に正方晶系の主相と、この主相
の粒界相として存在する副相とを有し、副相が、Rリッ
チ相と、Rの炭化物相を含む異相とを有する永久磁石で
あって、 R:27.5〜40重量%、 B:0.8〜1.5重量%、 0□:50〜4000 ppmおよび C: 300〜1500ppm を含有し、残部が実質的にTであり、 Rリッチ相の体積百分率をXとし、異相の体積百分率を
Yとしたとき、X≧2,0かつY2O,8Xであること
を特徴とする永久磁石。 〈作用〉 R−Fe−B系永久磁石において、酸素は焼結時の結晶
粒成長を抑制する作用を有する。 しかし、酸素含有量を増加させると磁性成分の割合が減
少するため残留磁束密度が低下してしまう。 また、単に酸素含有量を低下させた場合、結晶粒成長を
抑制できず、保磁力や角形比が低下してしまう。 −・方 炭素も焼結詩の結晶f(i成長を抑制する7゛
<、炭素の6有量が多′1ぎイ)と、やは゛り保磁力j
〜−角形比が但、−トシでしまう。 、・二のため本発明1、“は、醪累含右色を1、記以下
!、”抑えることにより高い磁気り性を達成し、さf゛
・i、″炭素%1・少量添加4′心・ニとに、より、酸
素だ(:C・は4・)マ!する結晶粒成長抑制作用を補
強すイ 21 、Sのllめ、不発Fl)’4 fi:よオ冒〕2.
H<気待付の極め7 i’i%い171(り磁J−1が
得ら21と9つ しかも7本発明−((j、 金型、
パ、・、〈い蘭塑ス1果を一4丁6炭化水素系化′i′
」4.′12イご、力f、、l lJ、l)炭拓を添加
6゛る(′)“(・、磁石原ギ・百))未成形1植t゛
、:、 fHq型牲が向F、 L、、 、 if産性が
向上1“る9、 とごろで、R−F e −B系永久磁石は、一般し1R
ブーツ品系屹・・+−+t、lどごのEネ11のオ9昇
相として存゛′1−ξ:へy;(il+p 、l、イ5
’ G f、−1原隼1粉オーに含有される炭#は、焼
結イ糸、斗朴よ)、3、(N ial、l ;l:i
(11双方し”、存在ず2!12. 結晶粉成長の抑制
L、シ主とし、て副相中に6(1きれる炭素が杜1い
1相に6有される炭素は磁気特性を1Jじ[・281j
イ、。 、二のため、結品粒成J、4.抑:jlj ’
−j: ;i)、ノ、ど質1゜」−分ζ1゜M稀を原料
粉末中i4:含杓さt??・0021.1オ[)中01
)炭素へイコFも柔オ″1、番4:イ↑っ−(増力1し
、W6い磁気特性が得られないや(0,か1−、.4・
発明ズij5、永久rti ’Exれ゛炭素を含有さ七
;: &= k撃
る。 以下同じ、)と、FeまたはFeおよびCLlと
、l!とを含むR−Ftら・−k(系永久磁石の製造方
法と、R−F e−B系の永久磁石とに関1゛る。 く従来の技る1)i〉 高性能を有する希土類磁石とし2ては、粉末冶金法によ
るSm−Co系磁石でエネルギー積32MGOeのもの
が量産されている。 しかし、このものは、Sm、Coの原料価格が高いとい
う欠点を有する。 希土類元素の中では原子量の小さい
元素、例えば、CeやPr、Ndは、S mよりも豊富
にあり佃1格が安い。 また、FeはCoに比べ安価で
ある。 そこで、近6↑4.Nd−・Fa−B@石等のR−Fe
−B糸磁ろが開発さ11、特開昭59−.460〔18
号公報では焼結鏡石が、また特開昭60−9852号公
報では高速急冷法によるものが開示され″こいる。 焼結法による68石では、従来のSm−Co系の粉末冶
金ブレセス(溶解−→鋳造→インゴット粗粉砕−徹粉砕
へ・プレス−・焼結−磁石)を適用できる。 一方、高速急冷法では、焼結法に比ベニ程が簡素化され
〔溶解→高速急冷−粗粉砕−冷間ブレス(温間ブレス)
→磁石〕、かつ微粉末化工程を必要としないという利点
があるが、高速急冷法による磁石を工業材料とするため
には、層の高保磁力化、高エネルギー積化、低コスト化
、高コストパフォーマンス化、着磁特性の改良等が望ま
れている。 ところで、R−Fe−B系磁石は、極めて酸化され易い
RおよびF e、を含有するため、磁石製造中および製
品としたときに酸化による磁石性能の低下が生じるとい
う問題がある。 このような事情から、磁石原料の組成を制御することに
より酸化を防ぐ提案がなされている。 例えば、特開昭62−47455号公報には、Fe−B
−R系永久磁石において、駿素鳳を2000 ppm以
下、炭素量を800 ppm以下に限定することが提案
されている。 これは、永久磁石に含有される酸素が希
土類元素と結合して希土類酸化物となり、0□量が20
00ppmを超えるとBr、Hcおよび(BH)max
が共に低下し、また、炭素量が800 ppo+を超え
ると著しいHe、角形性の劣化を生じるという理由によ
る。 また、同公報では、残留磁束密度Brの低下を避
けるために、R含有量を15at%以下に限定している
。 特開昭62−50437号公報には、R−Fe−B系永
久磁石において、0□4000ppm以下、CC150
0pp以下とすることが提案されている。 これは、過
剰なCが水蒸気と反応してN d * O*酸化物を形
成し、また、0、はR30,として残留し、これらがB
r、He 、 (BH)IIlaxを低下さゼるという
理由からである。 特開昭62−133040号公報には、R−Fe−B系
永久磁石において、C,jlo、05%(500ppm
)以下、0量0.3%(3000ppm )未満とする
ことが提案されている。 この提案におけるC量限定は
、製造過程における微粉の劣化(酸化)防止およびiH
cの低下を防ぐためであり、0量限定は、焼結温度の低
下と、飽和磁化の向上のためであるとしている。 また、同公報には、炭化物および酸化物は焼結工程での
粒成長を妨げ、さらに焼結体を緻密化するが、磁気特性
を低下させ、CとOが多い場合、焼結体の緻密化が妨げ
られる旨が開示されている。 特開昭62−23960号公報には、硼化物を含有し、
Oi2000ppm以下であるR−Fe−B系永久磁石
が開示されている。 同公報には、0.量を2000
ppa+以下とすると磁石特性は向上するが、焼結時に
結晶粒の成長を増進して特性劣化を招来する問題がある
ため、結晶粒の成長抑制のために硼化物を添加する旨が
開示されている。 また、同公報には、含有炭素量が1
000 ppmを超えると保磁力の劣化が生じる旨の記
載がある。 これら各公報に記載されている発明は、いずれも耐食性
向上や磁気特性向上のために酸素量および炭素量を一定
値以下に抑えるというものである。 〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、磁気特性が良好なR−Fe−B系永久磁石を
製造できる方法と、磁気特性が高いR−Fe−B系の永
久磁石とを提供することを目的とする。 く課題を解決するための手段〉 このような目的は、下記<1)〜(4)の本発明によっ
て達成される。 (,1)R(ただし、Rは、Yを含む希土類元素の1種
以上である。)、BおよびT(ただし、Tは、Fe、ま
たはFeおよびCoである。)を主成分とする永久磁石
を製造する方法であって、 原料粉末を成形する工程と、得られた成形体を焼結する
工程とを有し、 原料粉末が R:27.5〜40重量%、 B 二0.8〜1.5重量%、 0□ :4000ppm以下および C:500ppm以下 を含有し、残部が実質的にTであり、 この原料粉末に、炭化水素系化合物を炭素換算で100
〜2000 ppm添加した後、焼結することを特徴と
する永久磁石の製造方法。 (2)前記炭化水素系化合物あるいはこれを含有する溶
液と原料粉末とを混合し、次いで成形および焼結を行な
う上記(1)に記載の永久磁石の製造方法。 (3)前記炭化水素系化合物が、有機酸、その誘導体お
よび有機酸の塩から選択される1種以上である上記(1
)または(2)に記載の永久磁石の製造方法。 (4) R(ただし、Rは、Yを含む希土類元素の1種
以上である。)、B右よびT(ただし、Tは、Fe、ま
たはFeおよびCoである。)を主成分とし、酸素およ
び炭素を含有し、実質的に正方晶系の主相と、この主相
の粒界相として存在する副相とを有し、副相が、Rリッ
チ相と、Rの炭化物相を含む異相とを有する永久磁石で
あって、 R:27.5〜40重量%、 B:0.8〜1.5重量%、 0□:50〜4000 ppmおよび C: 300〜1500ppm を含有し、残部が実質的にTであり、 Rリッチ相の体積百分率をXとし、異相の体積百分率を
Yとしたとき、X≧2,0かつY2O,8Xであること
を特徴とする永久磁石。 〈作用〉 R−Fe−B系永久磁石において、酸素は焼結時の結晶
粒成長を抑制する作用を有する。 しかし、酸素含有量を増加させると磁性成分の割合が減
少するため残留磁束密度が低下してしまう。 また、単に酸素含有量を低下させた場合、結晶粒成長を
抑制できず、保磁力や角形比が低下してしまう。 −・方 炭素も焼結詩の結晶f(i成長を抑制する7゛
<、炭素の6有量が多′1ぎイ)と、やは゛り保磁力j
〜−角形比が但、−トシでしまう。 、・二のため本発明1、“は、醪累含右色を1、記以下
!、”抑えることにより高い磁気り性を達成し、さf゛
・i、″炭素%1・少量添加4′心・ニとに、より、酸
素だ(:C・は4・)マ!する結晶粒成長抑制作用を補
強すイ 21 、Sのllめ、不発Fl)’4 fi:よオ冒〕2.
H<気待付の極め7 i’i%い171(り磁J−1が
得ら21と9つ しかも7本発明−((j、 金型、
パ、・、〈い蘭塑ス1果を一4丁6炭化水素系化′i′
」4.′12イご、力f、、l lJ、l)炭拓を添加
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、:、 fHq型牲が向F、 L、、 、 if産性が
向上1“る9、 とごろで、R−F e −B系永久磁石は、一般し1R
ブーツ品系屹・・+−+t、lどごのEネ11のオ9昇
相として存゛′1−ξ:へy;(il+p 、l、イ5
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結イ糸、斗朴よ)、3、(N ial、l ;l:i
(11双方し”、存在ず2!12. 結晶粉成長の抑制
L、シ主とし、て副相中に6(1きれる炭素が杜1い
1相に6有される炭素は磁気特性を1Jじ[・281j
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、W6い磁気特性が得られないや(0,か1−、.4・
発明ズij5、永久rti ’Exれ゛炭素を含有さ七
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【2、j61料し→坏丁の灰累含有猷
を500ppm以”干iI:抑ヌー、不足する炭素G」
炭化水素系化合物とし’T炭素IA l;’;l −(
:’ 、1 (’、I CJ −’I OOf”、)
ppm原滲i粉末6、τjhr合゛4イ・、 このと
き、炭化水素系化合物由来のjづ:゛#f 1:l主と
lで杓界イL4中ε、“、’;(:lJされるこ、し番
1”、な、、’、、 f・め主(ζ1]に影響を与え1
゛、61炙気特ぐ1の低+’ +最小限に抑Zイ1こ2
−ができる、 そL −(’ 、粒!/l゛相中(ハ炭
素61.より、結J、1れ1成長作用?抑制することか
て゛きる。 し1、かも、その際、シャープな結晶粒径
う−k 4jl+’ b’得(・]Iる。 どのため、i! 、′□tlる永久磁石の角形比IJ、
極め(高いもC・“)と4する1、 なお、L’、、、、、 (J)場lのm1」しと(」1
、Hk / 3.Hcであり、+−1kとζ、1□磁気
ヒステリシスループ(4Tt1−11カーブ)の第2象
限における磁束密度が残留磁束密度B[−の90%とな
るときの磁界強度である。 Hk /’ jHcは、特に外部磁界の作用や温度上后
による減磁に関係L5 実際の使用時における磁石特
性の指標となる値である。 また、R1</1Reが低
いと、着磁に要する磁界強度が増大する。 さらに、H
k/iHcが低い永久磁石は、磁気ヒステリシスループ
の第2象限におけるループ形状に問題があることになり
、磁石が適用されるシステムの設計条件が厳しくなる。 また、本発明では炭素供給源として炭化水素系化合物を
用いるので、粉末中における分散性が良好である。 さ
らに、原料粉末の潤滑効果、成形体の強度向上、金型か
らの脱型に際しての離型効果等も同時に実現する。 ま
た、焼結後に非磁性成分がほとんど残らないため、磁気
特性への影響も極めて少ない。 くれ体的構成〉 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。 本発明の永久磁石は、以下に述べるような焼結法により
製造される。 まず、目的とでる組成の合金を鋳造し、インゴットを得
る。 得られたインゴットを、スタンプミル等により粒径10
〜100μm程度に粗粉砕し、次いで、ボールミル等に
より0.5〜5νm程度の粒径に微粉砕して原料粉末と
する。 原料粉末は、R(ただし、Rは、Yを含む希土類元素の
1種以上である。)、BおよびT(ただし、Tは、Fe
、またはFeおよびCoである。)を主成分とし、酸素
および炭素を含有する。 これらの元素の含有量は、 R:27.5〜40重量%、 B:0.8〜1.5重量%、 Oz:4000ppm以下および C:500ppm以下 であり、残部が実質的にTである。 希土類元素Rとしては、Nd、Pr、Ho、Tbのうち
少なくとも1種、あるいはさらに、La%Sm、Ce%
Gd%Er、Eu、Pm。 Tm、Yb、Yのうちl種以上を含むものが好ましい。 なお、Rとして2種以上の元素を用いる場合、原料とし
てミツシュメタル等の混合物を用いることもできる。 Rの含有量が上記範囲未満では低保磁力の磁性相が析出
するため、高い保磁力iHcが得うれない。 Rの含有量が上記範囲を超λると、Rリッチな非磁性相
が多くなり、残留磁束密度Brが低下する。 なお、Rの含有量を27.5〜33.5重量%、特に2
7.5〜32.(’)ii%とじた場合、本発明の効果
はより向上する。 なお、Tの一部をCoとすることにより、磁気特性を損
うことなく温度特性を改善することができる。 ただし
%CoがTの50%を超えると磁気特性が劣化するため
、CoはTの50%以下とすることが好ましい。 Bの含有量が上記範囲未満であると菱面体組織となるた
めiHcが不十分とt(す、上記範囲を超えるとBリッ
チな非磁性相が多くなるため、Brが低下する。 酸素含有量および炭素含有量のいずれか一方でも上記範
囲を超えると、得られる永久磁石のHk/iHcおよび
iHcが顕著に低下し、Brおよび耐食性も低下する。 また、酸素含有量および炭素含有量の下限に特に制限は
ないが、不純物としての混入や製造工程の酸化などによ
り、酸素含有量および炭素含有量を50 ppm未満と
することは困難である。 なお、酸素含有量を所望の値に制御するためには、原料
粉末製造工程、成形工程、焼結工程等の各工程を不活性
ガス雰囲気中にて行ない、各工程の02ガス分圧を制御
すればよい。 また、その他、原料粉末を、08含有雰
囲気、例えば大気と接触させることにより酸素含有量を
調整することもできる。 酸素含有量および炭素含有量は、例えば、ガス分析法等
により測定することができる。 なお、特に高い磁気特性を得るためには、原料粉末の組
成を R:27.5〜33.5重量%、 B :0.8=1.2重量%、 Os : 50〜2500ppa+およびC:50〜5
00pp岡 とすることが好ましい。 このような原料粉末を、炭化水素系化合物を添加した後
、成形する。 炭化水素系化合物の添加量は、炭素換算で100〜20
00ppm、好ましくは200〜1000ppo+とす
る。 添加量が上記範囲未満であると結晶粒成長抑制効果およ
び成形性向上効果が不十分であり、上記範囲を超えると
磁気特性が低下する。 本発明で用いる炭化水素系化合物に特に制限はないが、
各種有機酸、その誘導体および有機酸の塩から選択され
る1種以上が好ましく、有機酸の誘導体や塩としては、
有機酸エステル、有機酸アミドおよび有機酸の金属石鹸
から選択される1種以上が好ましい。 有機酸としては脂肪酸、芳香族有機酸、脂環式有機酸等
から選択することが好ましく、これらのうち脂肪酸が特
に好ましく、飽和ないし不飽和の各種脂肪酸から炭素数
12〜40程度のもの、例えば、ステアリン酸を選択す
ることが好ましい。 有機酸エステルとしては、各種ワックス等が好ましい。 ワックス添加により成形体の強度が向上する。 また、有機酸アミドとしては、脂肪酸アミドが好ましい
。 有機酸の金属石鹸としては、上記した脂肪酸の金属石鹸
、例えば、ステアリン酸アルミニウム1、ステアリン酸
カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシ
ウム、ラウリン酸亜鉛等を用いることが好ましい。 なお、これらの炭化水素系化合物を2種以」mmいる場
合、その混合比に特に制限はない。 添加するに際しては、炭化水素系化合物を粉末化して原
料粉末と直接混合してもよく、必要に応じ、溶媒を用い
て溶液化して混合してもよい。 溶媒は、用いる炭化水
素系化合物に応じて適宜選択すればよい。 これらの炭化水素系化合物と原料粉末との混合手段とし
ては、均一に混合できれば特に制限はなく、各種乾式撹
拌K〕湿式撹拌等の手段により混合すればよい。 炭化水素系化合物と混合された原料粉末を金型に充填し
、成形する。 成形は、磁場中で行なうことが好ましい。 この場合、磁場強度は10kOe以十、成形圧力は1〜
5 t/am”程度であることが好ましい。 なお、これらの各工程は、Arガス等の不活性ガス雰囲
気中にて行なわれることが好まし。 い。 得られた成形体を、100Q〜1200℃で0.5〜5
時間焼結し、急冷する。 なお。 焼結雰囲気は、真空またはArガス等の不活性ガス雰囲
気であることが好ましい。 この後、好ましくは不活性ガス雰囲気中で、500〜9
00℃にて1〜5時間時効処理を行なう。 上記のようにして製造される永久磁石は、R:27.5
〜40重量%、 B:0.8〜1.5重R%、 02:50〜4000 ppmおよび C:300〜1500ppm を含有し、残部が実質的にTである組成を有することが
好ましい。 また、その組織構造としては、実質的に正方品系の主相
と、この主相の粒界相として存在する副相とを有し、副
相が、Rリッチ相と、Hの炭化物相を含む異相とを有す
ることが好ましい。 そして、Rリッチ相の体積百分率をXとし、異相の体積
百分率なYとしたとき、X≧2.0かつY2O,8Xで
あることが好ましい。 Rリッチ相は、焼結時に液相化して焼結促進作用を示す
ため、緻密な焼結がなされた永久磁石は、通常、X≧2
.0となる。 異相は、NdMCh等のRの炭化物相の他、Nd、O,
等のRの酸化物相や、Bリッチ相を含む。 これら異相は、結晶粒成長を抑制する作用を示し、上記
したように炭化水素系化合物を添加(、また結果、Y2
O。8Xとなった場合、結晶粒の成長が著しく抑制され
ていることになる。 なお、)マリッチ相および異相は非磁性相であるので、
X+Y≦12であることが好ましい。 主相は、実質的にR,T、、Bの正方晶からなり、主相
の粒径は、5〜20μm程度であることが好ましいが、
本発明によれば結晶粒成長が抑制されるため、5〜15
μm稈度の粒径が容易に得られる。 主相おまび副相は、走査型電子顕微鏡により確認するこ
とができ、Rリッチ相や異相の組成は、電子線プローブ
マイクロアナライザ(F、 P M A )等により測
定することができる。 永久磁石には7、これらの元素の他、不可避的不純物と
してNu、Si、Cu、Ca等が全体の2重量%以下含
有されていて0よい。 さらに、Bの一部を、P、S、Nのうちの1種以十で置
換することにより、生産性の向」。 および低コスト化が実現できる。 この場合、置換量は
全体の0.4重量%ノ以下であることが好まIl、い。 また、 iHcの向上、生産性の向上、低コスト化のた
めに、Al1、Ti、V、Cr、Mn、Bi、Nh、T
a、Mo、W、Sb、Ge、G a、SI″1.Zr、
Ni、S y % Hf等の】種以上を添加してもよい
。 この場合、添加りは総計で5重量%以下とすること
が好ましい。 〈実施例〉 以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳
細に説明する。 [永久磁石サンプルの作製] 下記表1に示される組成を有する合金のインゴットを、
鋳造により作製した。 表 1 (wt%) (wt%) (wt%R帆%R鱈%)
(ppm) (ppm)A 29.Oi
、6 1.0 0.3 1.05
500 200 bal。 B 29.0 1.6 1.0 0.3 1.0
5 500 TOObal。 これらの合金をショークラッシャおよびブラウンミルに
より−#32にまで粗粉砕し、次いで、ジェットミルに
より微粉砕して平均粒径4μmの原料合金粉末を得た。 なお、微粉砕時の酸素分圧を下記表2に示されるもの
とし、原料合金粉末の酸素含有量を調整した。 これらの原料合金粉末に、炭化水素系化合物としてステ
アリン酸亜鉛を添加した。 ステアリン酸亜鉛を炭素に
換算したときの添加量を、下記表2に示す。 次いで、合金粉末を12kOeの磁場中にて1 、 5
t/cm”の圧力で成形し、成形体を得た。 成形の際、成形体に発生したカジリな下記基準で評価し
、表2に成形性として示す。 0:カシ9発生なしで100回を超える成形が可能 ○:50〜100回の成形でカシ9発生X:成形JO回
以内にカシ9発生 なお、カジリとは、成形体の一部が金型内壁に付着して
しまう現象であり、成形体の離型性の指標となる。 次いで、得られた成形体を、真空中で 1090℃にて4時間焼結した後、急冷し、焼結体を得
た。 得られた焼結体に、Ar雰囲気中で600℃にて1時間
時効処理を施し、永久磁石を得た。 これらの永久磁石から15X10X20mmの磁石片を
切り出し、測定用の永久磁石サンプルとした。 [0□およびC含有量測定] 各サンプルの08およびC含有量を、ガス分析法により
測定した。 なお、0□含有量は、焼結直前の原料粉末
における含有量とほぼ同等であった。 結果を表2に示す。 [磁気特性の測定] 各サンプルについて、残留磁束密度Br、保磁力iHc
および角形比Hk/iHcを測定した。 結果を表2に示す なお、Hk/iHcが90%未満であると、外部磁界の
影響や環境温度の上昇により通常の用途においても減磁
の可能性が生じ、また、着磁に要する磁界強度が増大す
る。 そして、Hk/iHcが80%未満となると、通
常の用途には不適当な程度の減磁が生じ、また、着磁に
要する磁界強度がさらに増大する。 [組織構造] 各サンプルを切断し、切断面を研磨して走査型電子顕微
鏡により組織構造を観察したところ、結晶粒(主相)と
その粒界が観察された。 また、これらのサンプルの結晶粒および粒界の組成をE
PMAにより測定したところ、結晶粒はRAT、4Bで
あり、副相は、N d 20 s相、Nd−Cm相およ
びBリッチ相からなる異相と、Ndリッチ相とから構成
されていることが確認された。 異相の体積百分率なY、Ndリッチ相の体積百分率をX
として、表2に示す。 また、主相の粒径も示す。 、]−6詔表21′示されるように、本発明の永久磁石
は結晶粒径が小さく、Br、iHcおよびHk 、/
Nl cのいずわ(・が高い。 〆゛(お、ステアリン酸亜鉛に替え、あるいはこれに加
え、ステアリン酸、ワックス、脂肪酸アミ1N ステ
アリン酸アルミニウム、ステアリン酸カルシウム、ステ
アリン酸マグネシウム、ラウリンD亜鉛本・用いた場合
で(、上記実施例と同等の効Wが得られた。 以上の実施例の結果から、本発明の効果が明らかである
。 〈発明の効果〉 本発明によれば、原料粉末に、含有される酸累および炭
素を低く抑える!、ユめ、磁気特性の高い永久磁石が得
られる。 そして、原料粉末に炭化水素系化合物を添加
するので、焼結時に結晶粒の成長が抑制さt+、磁気特
性、特に角形比Hk/iHcが極めて高いR−Fe−B
糸永久磁石が実現する8、 特許出願人 −i” 4−デイ−ケイ株式会社代 理
人 弁理士 石 井 隔間
弁理士 増 1) 達 哉。
を500ppm以”干iI:抑ヌー、不足する炭素G」
炭化水素系化合物とし’T炭素IA l;’;l −(
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き、炭化水素系化合物由来のjづ:゛#f 1:l主と
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1”、な、、’、、 f・め主(ζ1]に影響を与え1
゛、61炙気特ぐ1の低+’ +最小限に抑Zイ1こ2
−ができる、 そL −(’ 、粒!/l゛相中(ハ炭
素61.より、結J、1れ1成長作用?抑制することか
て゛きる。 し1、かも、その際、シャープな結晶粒径
う−k 4jl+’ b’得(・]Iる。 どのため、i! 、′□tlる永久磁石の角形比IJ、
極め(高いもC・“)と4する1、 なお、L’、、、、、 (J)場lのm1」しと(」1
、Hk / 3.Hcであり、+−1kとζ、1□磁気
ヒステリシスループ(4Tt1−11カーブ)の第2象
限における磁束密度が残留磁束密度B[−の90%とな
るときの磁界強度である。 Hk /’ jHcは、特に外部磁界の作用や温度上后
による減磁に関係L5 実際の使用時における磁石特
性の指標となる値である。 また、R1</1Reが低
いと、着磁に要する磁界強度が増大する。 さらに、H
k/iHcが低い永久磁石は、磁気ヒステリシスループ
の第2象限におけるループ形状に問題があることになり
、磁石が適用されるシステムの設計条件が厳しくなる。 また、本発明では炭素供給源として炭化水素系化合物を
用いるので、粉末中における分散性が良好である。 さ
らに、原料粉末の潤滑効果、成形体の強度向上、金型か
らの脱型に際しての離型効果等も同時に実現する。 ま
た、焼結後に非磁性成分がほとんど残らないため、磁気
特性への影響も極めて少ない。 くれ体的構成〉 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。 本発明の永久磁石は、以下に述べるような焼結法により
製造される。 まず、目的とでる組成の合金を鋳造し、インゴットを得
る。 得られたインゴットを、スタンプミル等により粒径10
〜100μm程度に粗粉砕し、次いで、ボールミル等に
より0.5〜5νm程度の粒径に微粉砕して原料粉末と
する。 原料粉末は、R(ただし、Rは、Yを含む希土類元素の
1種以上である。)、BおよびT(ただし、Tは、Fe
、またはFeおよびCoである。)を主成分とし、酸素
および炭素を含有する。 これらの元素の含有量は、 R:27.5〜40重量%、 B:0.8〜1.5重量%、 Oz:4000ppm以下および C:500ppm以下 であり、残部が実質的にTである。 希土類元素Rとしては、Nd、Pr、Ho、Tbのうち
少なくとも1種、あるいはさらに、La%Sm、Ce%
Gd%Er、Eu、Pm。 Tm、Yb、Yのうちl種以上を含むものが好ましい。 なお、Rとして2種以上の元素を用いる場合、原料とし
てミツシュメタル等の混合物を用いることもできる。 Rの含有量が上記範囲未満では低保磁力の磁性相が析出
するため、高い保磁力iHcが得うれない。 Rの含有量が上記範囲を超λると、Rリッチな非磁性相
が多くなり、残留磁束密度Brが低下する。 なお、Rの含有量を27.5〜33.5重量%、特に2
7.5〜32.(’)ii%とじた場合、本発明の効果
はより向上する。 なお、Tの一部をCoとすることにより、磁気特性を損
うことなく温度特性を改善することができる。 ただし
%CoがTの50%を超えると磁気特性が劣化するため
、CoはTの50%以下とすることが好ましい。 Bの含有量が上記範囲未満であると菱面体組織となるた
めiHcが不十分とt(す、上記範囲を超えるとBリッ
チな非磁性相が多くなるため、Brが低下する。 酸素含有量および炭素含有量のいずれか一方でも上記範
囲を超えると、得られる永久磁石のHk/iHcおよび
iHcが顕著に低下し、Brおよび耐食性も低下する。 また、酸素含有量および炭素含有量の下限に特に制限は
ないが、不純物としての混入や製造工程の酸化などによ
り、酸素含有量および炭素含有量を50 ppm未満と
することは困難である。 なお、酸素含有量を所望の値に制御するためには、原料
粉末製造工程、成形工程、焼結工程等の各工程を不活性
ガス雰囲気中にて行ない、各工程の02ガス分圧を制御
すればよい。 また、その他、原料粉末を、08含有雰
囲気、例えば大気と接触させることにより酸素含有量を
調整することもできる。 酸素含有量および炭素含有量は、例えば、ガス分析法等
により測定することができる。 なお、特に高い磁気特性を得るためには、原料粉末の組
成を R:27.5〜33.5重量%、 B :0.8=1.2重量%、 Os : 50〜2500ppa+およびC:50〜5
00pp岡 とすることが好ましい。 このような原料粉末を、炭化水素系化合物を添加した後
、成形する。 炭化水素系化合物の添加量は、炭素換算で100〜20
00ppm、好ましくは200〜1000ppo+とす
る。 添加量が上記範囲未満であると結晶粒成長抑制効果およ
び成形性向上効果が不十分であり、上記範囲を超えると
磁気特性が低下する。 本発明で用いる炭化水素系化合物に特に制限はないが、
各種有機酸、その誘導体および有機酸の塩から選択され
る1種以上が好ましく、有機酸の誘導体や塩としては、
有機酸エステル、有機酸アミドおよび有機酸の金属石鹸
から選択される1種以上が好ましい。 有機酸としては脂肪酸、芳香族有機酸、脂環式有機酸等
から選択することが好ましく、これらのうち脂肪酸が特
に好ましく、飽和ないし不飽和の各種脂肪酸から炭素数
12〜40程度のもの、例えば、ステアリン酸を選択す
ることが好ましい。 有機酸エステルとしては、各種ワックス等が好ましい。 ワックス添加により成形体の強度が向上する。 また、有機酸アミドとしては、脂肪酸アミドが好ましい
。 有機酸の金属石鹸としては、上記した脂肪酸の金属石鹸
、例えば、ステアリン酸アルミニウム1、ステアリン酸
カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシ
ウム、ラウリン酸亜鉛等を用いることが好ましい。 なお、これらの炭化水素系化合物を2種以」mmいる場
合、その混合比に特に制限はない。 添加するに際しては、炭化水素系化合物を粉末化して原
料粉末と直接混合してもよく、必要に応じ、溶媒を用い
て溶液化して混合してもよい。 溶媒は、用いる炭化水
素系化合物に応じて適宜選択すればよい。 これらの炭化水素系化合物と原料粉末との混合手段とし
ては、均一に混合できれば特に制限はなく、各種乾式撹
拌K〕湿式撹拌等の手段により混合すればよい。 炭化水素系化合物と混合された原料粉末を金型に充填し
、成形する。 成形は、磁場中で行なうことが好ましい。 この場合、磁場強度は10kOe以十、成形圧力は1〜
5 t/am”程度であることが好ましい。 なお、これらの各工程は、Arガス等の不活性ガス雰囲
気中にて行なわれることが好まし。 い。 得られた成形体を、100Q〜1200℃で0.5〜5
時間焼結し、急冷する。 なお。 焼結雰囲気は、真空またはArガス等の不活性ガス雰囲
気であることが好ましい。 この後、好ましくは不活性ガス雰囲気中で、500〜9
00℃にて1〜5時間時効処理を行なう。 上記のようにして製造される永久磁石は、R:27.5
〜40重量%、 B:0.8〜1.5重R%、 02:50〜4000 ppmおよび C:300〜1500ppm を含有し、残部が実質的にTである組成を有することが
好ましい。 また、その組織構造としては、実質的に正方品系の主相
と、この主相の粒界相として存在する副相とを有し、副
相が、Rリッチ相と、Hの炭化物相を含む異相とを有す
ることが好ましい。 そして、Rリッチ相の体積百分率をXとし、異相の体積
百分率なYとしたとき、X≧2.0かつY2O,8Xで
あることが好ましい。 Rリッチ相は、焼結時に液相化して焼結促進作用を示す
ため、緻密な焼結がなされた永久磁石は、通常、X≧2
.0となる。 異相は、NdMCh等のRの炭化物相の他、Nd、O,
等のRの酸化物相や、Bリッチ相を含む。 これら異相は、結晶粒成長を抑制する作用を示し、上記
したように炭化水素系化合物を添加(、また結果、Y2
O。8Xとなった場合、結晶粒の成長が著しく抑制され
ていることになる。 なお、)マリッチ相および異相は非磁性相であるので、
X+Y≦12であることが好ましい。 主相は、実質的にR,T、、Bの正方晶からなり、主相
の粒径は、5〜20μm程度であることが好ましいが、
本発明によれば結晶粒成長が抑制されるため、5〜15
μm稈度の粒径が容易に得られる。 主相おまび副相は、走査型電子顕微鏡により確認するこ
とができ、Rリッチ相や異相の組成は、電子線プローブ
マイクロアナライザ(F、 P M A )等により測
定することができる。 永久磁石には7、これらの元素の他、不可避的不純物と
してNu、Si、Cu、Ca等が全体の2重量%以下含
有されていて0よい。 さらに、Bの一部を、P、S、Nのうちの1種以十で置
換することにより、生産性の向」。 および低コスト化が実現できる。 この場合、置換量は
全体の0.4重量%ノ以下であることが好まIl、い。 また、 iHcの向上、生産性の向上、低コスト化のた
めに、Al1、Ti、V、Cr、Mn、Bi、Nh、T
a、Mo、W、Sb、Ge、G a、SI″1.Zr、
Ni、S y % Hf等の】種以上を添加してもよい
。 この場合、添加りは総計で5重量%以下とすること
が好ましい。 〈実施例〉 以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳
細に説明する。 [永久磁石サンプルの作製] 下記表1に示される組成を有する合金のインゴットを、
鋳造により作製した。 表 1 (wt%) (wt%) (wt%R帆%R鱈%)
(ppm) (ppm)A 29.Oi
、6 1.0 0.3 1.05
500 200 bal。 B 29.0 1.6 1.0 0.3 1.0
5 500 TOObal。 これらの合金をショークラッシャおよびブラウンミルに
より−#32にまで粗粉砕し、次いで、ジェットミルに
より微粉砕して平均粒径4μmの原料合金粉末を得た。 なお、微粉砕時の酸素分圧を下記表2に示されるもの
とし、原料合金粉末の酸素含有量を調整した。 これらの原料合金粉末に、炭化水素系化合物としてステ
アリン酸亜鉛を添加した。 ステアリン酸亜鉛を炭素に
換算したときの添加量を、下記表2に示す。 次いで、合金粉末を12kOeの磁場中にて1 、 5
t/cm”の圧力で成形し、成形体を得た。 成形の際、成形体に発生したカジリな下記基準で評価し
、表2に成形性として示す。 0:カシ9発生なしで100回を超える成形が可能 ○:50〜100回の成形でカシ9発生X:成形JO回
以内にカシ9発生 なお、カジリとは、成形体の一部が金型内壁に付着して
しまう現象であり、成形体の離型性の指標となる。 次いで、得られた成形体を、真空中で 1090℃にて4時間焼結した後、急冷し、焼結体を得
た。 得られた焼結体に、Ar雰囲気中で600℃にて1時間
時効処理を施し、永久磁石を得た。 これらの永久磁石から15X10X20mmの磁石片を
切り出し、測定用の永久磁石サンプルとした。 [0□およびC含有量測定] 各サンプルの08およびC含有量を、ガス分析法により
測定した。 なお、0□含有量は、焼結直前の原料粉末
における含有量とほぼ同等であった。 結果を表2に示す。 [磁気特性の測定] 各サンプルについて、残留磁束密度Br、保磁力iHc
および角形比Hk/iHcを測定した。 結果を表2に示す なお、Hk/iHcが90%未満であると、外部磁界の
影響や環境温度の上昇により通常の用途においても減磁
の可能性が生じ、また、着磁に要する磁界強度が増大す
る。 そして、Hk/iHcが80%未満となると、通
常の用途には不適当な程度の減磁が生じ、また、着磁に
要する磁界強度がさらに増大する。 [組織構造] 各サンプルを切断し、切断面を研磨して走査型電子顕微
鏡により組織構造を観察したところ、結晶粒(主相)と
その粒界が観察された。 また、これらのサンプルの結晶粒および粒界の組成をE
PMAにより測定したところ、結晶粒はRAT、4Bで
あり、副相は、N d 20 s相、Nd−Cm相およ
びBリッチ相からなる異相と、Ndリッチ相とから構成
されていることが確認された。 異相の体積百分率なY、Ndリッチ相の体積百分率をX
として、表2に示す。 また、主相の粒径も示す。 、]−6詔表21′示されるように、本発明の永久磁石
は結晶粒径が小さく、Br、iHcおよびHk 、/
Nl cのいずわ(・が高い。 〆゛(お、ステアリン酸亜鉛に替え、あるいはこれに加
え、ステアリン酸、ワックス、脂肪酸アミ1N ステ
アリン酸アルミニウム、ステアリン酸カルシウム、ステ
アリン酸マグネシウム、ラウリンD亜鉛本・用いた場合
で(、上記実施例と同等の効Wが得られた。 以上の実施例の結果から、本発明の効果が明らかである
。 〈発明の効果〉 本発明によれば、原料粉末に、含有される酸累および炭
素を低く抑える!、ユめ、磁気特性の高い永久磁石が得
られる。 そして、原料粉末に炭化水素系化合物を添加
するので、焼結時に結晶粒の成長が抑制さt+、磁気特
性、特に角形比Hk/iHcが極めて高いR−Fe−B
糸永久磁石が実現する8、 特許出願人 −i” 4−デイ−ケイ株式会社代 理
人 弁理士 石 井 隔間
弁理士 増 1) 達 哉。
Claims (4)
- (1)R(ただし、Rは、Yを含む希土類元素の1種以
上である。)、BおよびT(ただし、Tは、Fe、また
はFeおよびCoである。)を主成分とする永久磁石を
製造する方法であって、 原料粉末を成形する工程と、得られた成形体を焼結する
工程とを有し、 原料粉末が R :27.5〜40重量%、 B :0.8〜1.5重量%、 O_2: 4000ppm以下および C :500ppm以下 を含有し、残部が実質的にTであり、 この原料粉末に、炭化水素系化合物を炭素換算で100
〜2000ppm添加した後、焼結することを特徴とす
る永久磁石の製造方法。 - (2)前記炭化水素系化合物あるいはこれを含有する溶
液と原料粉末とを混合し、次いで成形および焼結を行な
う請求項1に記載の永久磁石の製造方法。 - (3)前記炭化水素系化合物が、有機酸、その誘導体お
よび有機酸の塩から選択される1種以上である請求項1
または2に記載の永久磁石の製造方法。 - (4)R(ただし、Rは、Yを含む希土類元素の1種以
上である。)、BおよびT(ただし、Tは、Fe、また
はFeおよびCoである。)を主成分とし、酸素および
炭素を含有し、実質的に正方晶系の主相と、この主相の
粒界相として存在する副相とを有し、副相が、Rリッチ
相と、Rの炭化物相を含む異相とを有する永久磁石であ
って、 R :27.5〜40重量%、 B :0.8〜1.5重量%、 O_2 :50〜4000ppmおよび C :300〜1500ppm を含有し、残部が実質的にTであり、 Rリッチ相の体積百分率をXとし、異相の 体積百分率をYとしたとき、X≧2.0かつY≧0.8
Xであることを特徴とする永久磁石。
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1990
- 1990-04-25 JP JP2109741A patent/JP3059188B2/ja not_active Expired - Fee Related
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